描述

i2c協議是什么？

I2C（Inter-Integrated Circuit），發音為 I-squared-C，是飛利浦半導體（現為 NXP 半導體）于 1982 年發明的同步、多主、多從、分組交換、單端、串行通信總線。它廣泛用于在短距離板內通信中將低速外圍 IC 連接到處理器和微控制器。或者，I2C 拼寫為 I2C（發音為 I-two-C）或 IIC（發音為 IIC）。

兩線協議由串行數據線（SDA）和串行時鐘線（SCL）組成。開始/停止條件分別確保數據傳輸的開始和結束。

i2c 數據框

數據框

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• 起始位：當 SCL 為高時，SDA 為 0 -> 1。
• 停止位：當 SCL 為高時，SDA 為 1 -> 0。
• 設備地址位（7-10 位）：設備地址可以訪問所有唯一的從設備。一個 7 位設備地址可以訪問 2^7 個設備或 128 個設備，一個 ACK?? 位“0”從特定的從設備發送到主設備，以確認其存在于信號線中。
• 讀/寫位：當主設備寫入從設備時，“0”被發送到從設備，反之亦然。
• ACK/NACK 位：如果成功接收到地址幀或數據幀，則接收方向發送方發送一個位“0”。
• 數據幀（8 位）：i2c 協議的數據幀為 8 位長，在發送方收到接收方確認確認 ACK 位后發送。成功接收數據后，接收器再次發送 ACK 位為“0”。

i2c 速度模式

雙向總線：-

• 標準模式 100 kbit/s
• 快速模式 400 kbit/s
• 快速模式 1 Mbit/s
• 高速模式3.4 Mbit/s

單向總線：-

• 超快速模式 5 Mbit/s

資料來源：NXP i2c 總線規范

主要優點和缺點：

優點：

• 多從和多主協議。
• 使用 ACK 位進行錯誤處理。
• 時鐘延長為使用慢速 IC 提供了靈活性。

缺點：

• 由于開銷，傳輸速度慢。
• 半雙工。
• 復雜性隨著主設備和從設備數量的增加而增加。
• 數據幀的大小限制為 8 位。

i2c Wire.h 庫

Wire.h 庫在主設備和從設備之間建立 i2c 通信。

#include 

按照主從設備（微控制器）的引腳圖，定義 SDA 和 SCL 線。

#define SDA D1
#define SCL D2

主從地址保存在常量變量中。

const int16_t i2c_rpi=0x00; //master
const int16_t i2c_node=0x01; // slave 1
const int16_t i2c_ard=0x02; // slave 2
const int16_t i2c_disco=0x03; // slave 3
const int16_t i2c_esp32=0x04; // slave 4
const int16_t i2c_blue=0x05; // slave 5

在設置中，所有設備都與它們的特定 SDA、SCL 線和設備地址相連。

Wire.begin(SDA,SCL,i2c_address); /* slave or master address depending on the slave or the master device respectively */

對于 Slave 讀/寫，還設置了特定的請求函數。

Wire.onRequest(requestEvent); /* for slave write request */
Wire.onReceive(receiveEvent); /* for slave read request */

此后，主設備使用其唯一地址向其從設備發送請求或接收事件。

/*For read*/

Wire.requestFrom(i2c_slave_addr,data_size); /* slave address along with data bits requested. */
  while(Wire.available())
  {
    char c=Wire.read();
    Serial.println(c);
  }

/*For Write*/

Wire.beginTransmission(i2c_slave_addr);
Wire.write("xyz");
Wire.endTransmission();

為 i2c 配置 pi

要使用樹莓派實現 i2c 通信，smbus2 庫是建立主從連接的合適庫。

Few initial set up is required for the i2c interface in raspberry pi.

After logging in to the pi, enter this command and enable the i2c from the interface dropdown. reboot the pi.

sudo raspi-config

Install the smbus2 package and i2c tools.

sudo pip install smbus2
sudo apt-get install i2c-tools

To check the slave devices that have established the i2c interface.

sudo i2cdetect -y 1

Thesmbus2 library

from smbus2 import SMBus, i2c_msg

Read some data

with SMbus(1) as bus:
    msg=i2c_msg.read(i2c_slave_addr,data_size)
    bus.i2c_rdwr(msg)

Write some data

with SMbus(1) as bus:
    msg=i2c_msg.write(i2c_slave_addr,data)
    bus.i2c_rdwr(msg)

Interfacing with various micro-controllers

• Raspberry Pi 3B Master
• Node MCU Slave1
• Arduino UNO Slave 2
• Blue-Pill(STM32F103C8T6) Slave 3
• DISCO-L475VG-IOT01A Slave 4
• ESP-32 Slave 5

Device connections

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